Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (270): AtLAST: řešení pro studium Slunce i hvězd v submilimetrové oblasti spektra

Výzkumy v ASU AV ČR (270): AtLAST: řešení pro studium Slunce i hvězd v submilimetrové oblasti spektra

Mozaika sluneční skvrny, která byla pozorována interferometrem ALMA 18. prosince 2015. Vlevo je obraz s plným interferometrickým rozlišením, vpravo pak po zhlazení, takže odpovídá předpokládanému vzhledu anténou AtLAST. Vlevo dole jsou pro srovnání velikosti rádiového svazku (která diktuje prostorové rozlišení) pro AtLAST (nepřerušovaná čára) a pro ALMU (přerušovaná čára) v jednoanténní neinterferometrické konfiguraci.

Pozorování Slunce v dlouhých vlnových délkách má odborníkům stále co nabídnout. V posledních letech, například s rozvojem interferometru ALMA, se vědci stále více zajímají o sledování Slunce v submilimetrových vlnových délkách. Tato oblast spektra, ohraničená na jedné straně infračerveným a na druhé mikrovlnným zářením, se totiž zdá být důležitá pro pochopení termálních i netermálních procesů v jevech sluneční aktivity. 

Naše Slunce je zdrojem záření v celé široké oblasti spektra. Nejvíce záření přichází v oblasti viditelného záření, kde jsou citlivé i naše oči. Zcela přirozeně má tedy historie slunečních pozorování v této oblasti záření nejdelší historii. S rozmachem moderních přístrojů, z nichž některé musely být vyslány mimo zemskou atmosféru, se ale ukázalo, že důležité informace lze získat i z pozorování jak ve vysokoenergetických oblastech, jakou je třeba rentgenové nebo ultrafialové záření, tak i v režimu velmi měkkého záření rádiových vlnových délek. V posledních letech však narůstá zájem i o využití oblasti submilimetrových (terahertzových) vln, které ve spektru najdeme mezi infračerveným a mikrovlnným zářením. 

Jasným důkazem je stavba a provoz rozsáhlého systému rádiových antén na náhorní plošině Chajnantor v Chile, kde sídlí srdce interferometru ALMA (Atacama Large Millimeter Array). Se silným přispěním českých astronomů dnes ALMA umí pozorovat i Slunce, přestože v samotných počátcích k tomu observatoř nebyla připravena a mnoho specifických postupů pro sluneční pozorování muselo být teprve vyvinuto „za běhu“. K nim patří i náročné kombinování velmi detailních obrazů získaných radiovou interferometrií s ucelenějším, avšak ne tak detailním pohledem získaným velmi rychlým skenováním celé oblasti jednou anténou. To je u pozorování Slunce klíčové, protože obraz v zorném poli v sobě obsahuje široký rozsah prostorových škál, a navíc má poměrně rychlou dynamiku. A právě zkušenosti s pozorováním Slunce (a dalších dynamických astrofyzikálních systémů) na ALMĚ vedly k myšlenkám o stavbě obří rádiové antény se superrychlým zobrazováním, která by byla vhodnějším přístrojem pro pozorování dynamických systémů, a tedy i Slunce.  Pro sluneční fyziky je zajímavá i skutečnost, že v noci by mohla sledovat projevy aktivity jiných hvězd a poskytnout tak úplnější a obecnější obraz o erupcích a magnetické aktivitě hvězd. Proto se světová komunita slunečních fyziků do přípravy projektu s nadšením pustila.

Submilimetrová oblast spektra je z hlediska slunečního výzkumu totiž zajímavá zejména v tom, že základ jejího záření pochází z chromosféry, vyšší vrstvy sluneční atmosféry. V submilimetrovém oboru je chromosféra opticky tlustá. Chová se tak jako fotosféra v optické oblasti spektra, přičemž právě tato skutečnost byla klíčová k pochopení, jak se fotosféra chová. I chromosféra přispívá zářením v oblasti viditelného záření, v drtivé většině případů jde ale o záření čarové, které navíc podléhá složitým vlivům lokální nerovnováhy plazmatu. Takže třeba určení kinetické teploty plazmatu v chromosféře není snadným úkolem. Podobný problém nastává v jevech s chromosférou bytostně spojených – ve filamentech, protuberancích nebo erupcích. V submilimetrové oblasti ovšem tok záření přímo odpovídá teplotě plazmatu v chromosféře. Pro diagnostiku naprostá výhoda.

Návrh na stavbu nového přístroje AtLAST (Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope) a na jeho zapojení do slunečního výzkumu vychází ze zkušeností jiných rádiových observatoří na světě, ALMU nevyjímaje. Pozorování Slunce jsou totiž do jisté míry specifická: vyžadují rozumné prostorové rozlišení, vysokou snímkovací frekvenci, možnost pořízení snímku celého disku. A to ve velkém dynamickém rozsahu, neboť myslitelné teploty studovaných jevů jsou v rozsahu od deseti tisíc kelvinů (pro pozaďovou chromosféru) po desítky milionů kelvinů (v jádrech erupcí). To odpovídá obrovskému dynamickému rozsahu, s nímž se musí přístroj vyrovnat. Pro sluneční fyziky je zdaleka nejzajímavější a nejlákavější možnost synergie společných pozorování observatoře ALMA a teleskopu AtLAST. Superrychlé zobrazení větších prostorových škál díky nasazení mnoha-pixelového detektorového pole a jejich významný překryv s detailními škálami obrazu získanými interferometrickou syntézou anténního pole ALMA významně zlepší vlastnosti kombinovaného zobrazování a poskytne kvalitativně úplně nová data.

A pak tu jsou jiné magneticky aktivní hvězdy. Toky záření od nich jsou mnohonásobně nižší než od Slunce. Přitom mít srovnatelná pozorování tím samým přístrojem je velkou výhodou, pokud se tato pozorování vzájemně porovnávají. Dalekohled tedy musí mít možnost pracovat i v režimu „seď a koukej“, kdy dlouhou dobu pořizuje sekvenci pozorování jednoho objektu. Zapomenout nesmíme ani na pozorování polarizovaného záření, které je klíčové k určení charakteru magnetických polí. 

Rozsáhlé mezinárodní konzorcium, na němž se podílí i pracovníci ASU především v osobě Miroslava Bárty, usiluje o stavbu samostatné 50metrové antény v místě, kde dnes pracuje ALMA. Dalekohled vybavený přelomovými technologiemi, jako jsou vícepixelové rádiové detektory, syntéza současných pozorování ve více frekvenčních pásech nebo rychlé skenování cíle, by mohl způsobit přelom v problematických partiích sluneční fyziky, jako je například ohřev koróny nebo detaily průběhu slunečních erupcí. AtLAST by také doplnil chybějící pozorovací pásmo při kampaních s dalšími pozemními i kosmickými přístroji, čímž by výrazně zvýšil naše povědomí o procesech, které probíhají jak na Slunci, tak na jiných hvězdách. AtLAST cílí na to, aby bylo možné pozorování a analýzy dnes běžné v optické oblasti spektra provádět i v okně submilimetrových vln. 

REFERENCE

S. Wedemeyer, M. Bárta a kol., Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Science: Solar and Stellar observations, Open Research Europe v tisku, preprint arXiv:2403.00920.

KONTAKTY

RNDr. Miroslav Bárta, Ph.D.
barta@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Slovem i písmem se pokouší o popularizaci oboru, je držitelem ceny Littera Astronomica. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. 

Štítky: Rádiové záření Slunce, Radioteleskop ALMA, Astronomický ústav AV ČR


25. vesmírný týden 2024

25. vesmírný týden 2024

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 17. 6. do 23. 6. 2024. Měsíc bude v úplňku. Planety můžeme pozorovat pouze nízko na ranní obloze, nejvýše je Saturn a Mars. Aktivita Slunce je nižší, ale nová oblast se skvrnami to může rychle změnit. Pozorovatelé úkazů na obloze si všimli nočních svítících oblak i halových jevů. Starliner pokračuje v misi u ISS a očekáváme jeho přistání. Před dvaceti lety se začala psát historie soukromé kosmonautiky, když miniraketoplán SpaceShipOne dokázal dvakrát překonat výškovou hranici 100 km a tím otevřel dveře do kosmu i pro soukromé společnosti a turisty.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

C/2021 S3 PanSTARRS

Titul Česká astrofotografie měsíce za květen 2024 obdržel snímek „C/2021 S3 PanSTARRS“, jehož autorem je Miloš Gnida   Dnešní vítězný snímek soutěže Česká astrofotografie měsíce, který pořídil astrofotograf Miloš Gnida, nám přináší pohled hned na několik astronomických objektů. Jednak,

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

M20 Trifid Nebula & M8 Lagoon Nebula

M20, známá jako Trifid Nebula, a M8, známá jako Lagoon Nebula, jsou dvě z nejikoničtějších mlhovin na obloze, nacházející se v bohatém souhvězdí Střelce (Sagittarius). Trifid Nebula (M20) je nádhernou kombinací emisní, reflexní a temné mlhoviny, známá svými charakteristickými tmavými pruhy prachu, které ji rozdělují do tří hlavních částí, což jí dává její název. Tato mlhovina je jasným příkladem hvězdotvorné oblasti, kde nové hvězdy osvětlují okolní plyn a prach. Jen kousek odtud se nachází Lagoon Nebula (M8), rozsáhlá emisní mlhovina viditelná pouhým okem, která se vyznačuje svou jasnou září způsobenou ionizovaným vodíkem. Lagoon Nebula je domovem mnoha mladých hvězd a hvězdokup, včetně otevřené hvězdokupy NGC 6530. Obě mlhoviny jsou bohaté na detailní struktury a barevné kontrasty, což je činí oblíbenými objekty pro astrofotografii i amatérská pozorování.

Další informace »